Elektronika Praktyczna 8/2005

96

P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W

Przyspieszenie jest wielkością

fizyczną, która informuje nas, jak

i o ile zmienia się prędkość dane-

go ciała w każdej jednostce czasu.

Możemy je przedstawić za pomocą

wzoru:

v-v

0

a=———

D

t

w którym v oznacza prędkość

końcową, v

0

prędkość początkową

natomiast ∆t jest to czas w którym

nastąpiła zmiana prędkości od v

0

do v czyli można powiedzieć, że

przyspieszenie jest to stosunek przy-

rostu prędkości do czasu, w którym

ten przyrost nastąpił. Z równania

określającego przyspieszenia może-

my otrzymać równanie prędkości:

v=v

0

+a·Dt

Wzór ten pozwala zatem obli-

czyć chwilową wartość prędkości v

w dowolnym momencie, jeśli znana

jest prędkość początkowa i przyspie-

szenie. W tym przypadku prędkość

początkowa v

0

będzie wynosić 0

ponieważ pomiar rozpoczyna się

w chwili gdy pojazd rusza z miej-

sca. Natomiast wartość przyspiesze-

nia a otrzymana jest dzięki zastoso-

wanemu czujnikowi przyspieszenia

ADXL 311 produkowanego przez

firmę Analog Devices.

Czujnik ten umożliwia pomiar

Miernik przyspieszenia

Prezentowany układ służy do

pomiaru czasu przyspieszenia

pojazdu do ustalonej prędkości

(często jest on nazywany
akcelerometrem). Możemy

dzięki niemu sprawdzić czy

nasz samochód ma takie

osiągi jak podaje producent

lub porównać osiągi przed i po

zmianach jakie wprowadzamy

w samochodzie (silniku). Układ

nie wymaga podłączenia do

licznika prędkości w samochodzie

dzięki zastosowaniu czujnika

przyspieszenia.

zarówno dynamicznych jak i sta-

tycznych przyspieszeń o wartościach

dodatnich i ujemnych w zakresie nie

przekraczającym wartości 2 g.

Opis działania układu

W celu uniknięcia zakłóceń ja-

kie mogą przedostać się z instalacji

elektrycznej samochodu układ jest

zasilany z baterii 9 V. Napięcie zasi-

lające jest stabilizowane przez stabi-

lizator który daje na wyjściu napię-

cie o wartości 3 V. Jako stabilizator

został zastosowany układ scalonego

stabilizatora TPS76030 (U2) .Na

wejściu stabilizatora zastosowano

prosty filtr napięcia L21, C23 i C24.

Dioda D20 zabezpiecza układ przed

odwrotnym podłączeniem napięcia

zasilającego. Na wyjściu stabiliza-

tora znajduje się dioda zenera D25

która w przypadku awarii stabiliza-

tora powinna spowodować zwarcie

powodujące uszkodzenie bezpieczni-

ka. Kondensatory C1, C2, C4, C26,

C27, C47 są wykorzystywane do fil-

tracji napięcie zasilające układy.

Zasilanie mikrokontrolera zostało

podzielone na dwie części: część

analogową oraz część cyfrową.

Część cyfrowa jest podłączona do

wyjścia stabilizatora natomiast część

analogowa mikrokontrolera oraz

czujnika jest dodatkowo filtrowana

Dział „Projekty Czytelników” zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze
odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż
sprawdzamy poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane

oświadczenie,

że artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie publikowany. Honorarium za publikację

w tym dziale wynosi 250,– zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie
prawo do dokonywania skrótów.

Projekt

132

97

Elektronika Praktyczna 8/2005

P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W

Rys. 1. Schemat elektryczny miernika przyspieszenia

przez filtr dolnoprzepustowy wyko-

nany z dławika L2, rezystora R1,

oraz kondensatorów C3, C9, C10.

Ujemne napięcie o wartości – 3 V

które jest wykorzystywane do uzyska-

nia odpowiedniego kontrastu na wy-

świetlaczu LCD jest uzyskane dzięki

zastosowaniu przetwornicy kondensa-

torowej zmieniającej polaryzacje na-

pięcia . Zbudowana została ona jako

generator ( inwertery U5C i U5B)

oraz inwerter kluczująca U5A.

Czujnik przyspieszenia zasilany jest

poprzez dławik L30 i rezystor R31.

Kondensatory C34 i C33 ustalają czę-

stotliwość sygnałów wyjściowych któ-

re są podawane na wejścia P1.4 oraz

P1.6 mikrokontrolera. Czujnik przy

tych wartościach pojemności posiada

pasmo około 10 Hz – do próbkowania

jest wykorzystywana w mikrokontrole-

rze częstotliwość 32 Hz ze względu

na uproszczenie programu. Rezystor

R5 służy do ustalenia napięcia od-

niesienia na wejściu przetwornika A/

C. Napięcie to jest wytwarzane przy

wykorzystaniu wbudowanego w mikro-

kontroler źródła prądowego 200 mA

Przetwornik posiada różnicowe wej-

ście które stanowią pary P1.4 i P1.5

lub P1.6 i P1.5. Wejście ST (self test)

układu ADXL311 służy do testowania

ale ze względu na zastosowane

ustawianie poziomu i określaniu

wartości 0 g przed pomiarem nie

jest ono wykorzystywane.

Do obsługi miernika służą

przyciski S1 oraz S2 do któ-

rych równolegle podłączone

są kondensatory filtrujące C42,

C45. Sygnały z przycisków są

podawane do wejść mikrokon-

trolera P3.2 oraz P3.3 poprzez

układ inwertera z przerzutnikiem

Schmitta U4. Rezystor R7 słu-

ży do podawane stanu wysokiego

na wejście EA mikrokontrolera co

powoduje jego pracę z wewnętrzną

pamięcią.

Programowanie układu możliwe

jest po zwarciu zwory P2 co po-

woduje połączenie wejścia PSEN

z masą poprzez rezystor R6, dane

do mikrokontrolera przesyłane są

poprzez port szeregowy.

Opis programu sterującego

Odczytywanie wartości napię-

cia z układu ADXL 311 odbywa się

przez wbudowany w mikrokontroler

przetwornik A/C. Aby odczyty były

prawidłowe układ należy najpierw

wykalibrować. Dokonuje się tego po-

przez ustawienie czujnika tak aby na

jego oś działało przyspieszenie rów-

ne +1 g (ustawiając układ do góry

i przyciskając przycisk 1) oraz –1 g

(ustawiając układ w dół i przyciskając

przycisk 0), następnie na podstawie

tych danych mikroprocesor wylicza

jaka wartość podawana przez czujnik

odpowiada przyspieszeniu równemu

0 g. Na wyświetlaczu są podane ko-

lejno wartości odpowiadające warto-

Rys. 2. Schemat montażowy miernika przy-
spieszenia. Widok od strony lutowania

Elektronika Praktyczna 8/2005

98

P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W

ści 1 g, –1 g oraz wyliczoną wartość

0 g a w dolnym rzędzie wartość jaka

była do tej pory zapisana w pamię-

ci. Wciskając przycisk 1 a następnie

potwierdzając przyciskiem 0 zapisuje-

my nową wartość. Odczyty wartości

zmierzonych przez przetwornik oraz

włączenie następnego cyklu przetwa-

rzania odbywają się podczas przerwa-

nia z układu licznika czasu rzeczy-

wistego które występuje 32 razy na

sekundę. Odczytana wartość zostaje

zapisana w pamięci i zostaje usta-

wiony bit który informuje program

o odczytaniu wartości. Przed rozpo-

częciem pomiaru układ należy wyze-

rować poprzez wypoziomowanie aby

wyeliminować wpływ przyspieszenia

ziemskiego. Układ wyświetla na wy-

świetlaczu wartość odpowiadającą

położeniu poziomemu (wyliczoną

podczas kalibracji) oraz wartość

aktualnie mierzoną. Należy usta-

wić układ w takim położeniu aby

te dwie wartości były równe lub

zbliżone do siebie a następnie

potwierdzić wciskając przycisk

1. Następnie układ dokonuje od-

czytu 16 wartości otrzymanych

z przetwornika a potem sumuje je

i wylicza z nich średnią i tą war-

tość przyjmuje jako wartość od-

powiadającą 0 g (pojazd stoi w miej-

scu). Po wyzerowaniu układ oczekuje

na ruszenie pojazdu. Ruch pojazdu

jest wykryty w chwili gdy zostanie

przekroczona progowa wartość przy-

spieszenia. Układ wylicza średnią

wartość z 4 próbek i sprawdza czy

jest większa od progowej wartości

zapisanej w programie. Gdy progowa

wartość zostanie przekroczona w ukła-

dzie włączają się liczniki liczące czas

od startu oraz rozpoczyna się pomiar

przyspieszenia który odbywa się 32

razy na sekundę. Zmierzona wartość

służy do wyliczenia aktualnej pręd-

kości – jest przemnażana przez stałą

oraz niezbędne jest jeszcze dzielenie

przez wartość odpowiadającą 1 g

– dzięki czemu otrzymujemy wartość

zmiany prędkości w km/godzinę, Tak

otrzymane przyrosty prędkości są su-

mowane i otrzymana aktualna pręd-

kość która jest porównywana z zało-

żoną wartością. Jeśli ją przekroczy to

pomiar zostaje zatrzymany i licznika

czasu wskazuje czas przy którym

został zatrzymany pomiar. Program

mierzy czas przy którym osiągana

jest prędkość 70 i 100 km/godzinę.

Aby powtórzyć pomiar należy wci-

snąć przycisk 0 a żeby przejść do

menu głównego przycisk 1.

Montaż i uruchomienie

W układzie zostały wykorzysta-

ne elementy typu SMD dlatego też

ich lutowanie należy przeprowa-

dzić bardzo dokładnie. Ponieważ

płytka jest dwu stronna i była wy-

konywana bez metalizacji otworów

,montaż należy rozpoczynamy od

wlutowania wszystkich zwór które

łączą obydwie strony płytki. Na-

stępnie montujemy elementy z któ-

rych składa się część stabilizująca

napięcie zasilające układ, po czym

należy zmierzyć czy na wyjściu

stabilizatora jest napięcie równe

3 V jeśli tak to możemy przystą-

pić do dalszego montażu. Pozosta-

łe elementy należy lutować zaczy-

nając od najmniejszych, a kończąc

na największych. Wyświetlacz LCD

montujemy do płytki na końcu

pod kątem 90

0

. Gdy wszystkie czę-

ści będą wlutowane przystępujemy

do programowania mikrokontrolera,

w tym celu należy zewrzeć zworę

P2 i poprzez złącze P5 połączyć

układ z programatorem. Po rozwar-

ciu zwory P2 i ponownym włącze-

niu zasilania na wyświetlaczu po-

winien pojawić się napis informu-

jący o poprawnym działaniu ukła-

du. Podłączenie mikrokontrolera

do komputera należy wykonać po-

przez translator poziomów z RS232

na napięcia z zakresu 0...3 V np.

ADUM3202. W układnie zosta-

ły zastosowane elementu SMD ze

względu na ich wielkość, zdobycie

elementów nie jest trudne ponie-

waż producenci często oferują dar-

mowe próbki.

Paweł Szechowski

WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1: 1,6 Ω
R5: 7,5 kΩ
R6, R7: 1 kΩ
R31: 100 Ω
R37: zwora
R36: 1 MΩ
R40, R41: 4,7 kΩ
R50: 10 kΩ
L2, L21, L30: dławik
Kondensatory
C51: 1 nF
C1...C4, C10, C24, C27, C32, C42,
C43, C47, C56: 100 nF
C33, C34: 470 nF
C9, C23, C26, C57: 10 µF
Półprzewodniki
D20: 1N4001
D22: 15V
D25: 5V1
D53: 1N4148
D54: 1N4148
X1: kwarc 32 kHz
U1: ADuC834
U2: TPS76030
U3: ADXL 311
U4: 74LVC2G17
U5: LVC3G04

Rys. 3. Schemat montażowy miernika przy-
spieszenia. Widok od strony elementów

PRENUMERATĘ ELEKTRONIKI PRAKTYCZNEJ

NAJWYGODNIEJ ZAMAWIAĆ SMS-EM!

Wyślij SMS o treści

PREN

na numer

0663889884

,

my oddzwonimy do Ciebie

i przyjmiemy Twoje zamówienie.

(koszt SMS-a według Twojej taryfy)